Record Details

The class project of cyber-driver

Open Education

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title The class project of cyber-driver
Учебный проект робота, управляющего автомобилем
 
Creator P. Sorokoumov S.; National Research Center «Kurchatov Institute», Moscow
П. Сорокоумов С.; Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва
 
Subject biosimilar technologies; android robotics; class project
биоподобные технологии; андроидная робототехника; учебный проект
 
Description This article describes a class project of cyber-driver, i.e. an android robot controlling a mobile platform. This project can be used both to teach high-school students in programming, hardware design and foundations of robotic science by solving some important and scientifically interesting tasks. Despite the great number of modern android robotics systems, their software controlling systems often have serious issues. Such actions as rough terrain movement or stairs climbing can be performed simply and accurately by both humans and animals but not by biosimilar robots. The traditional systems in these cases demand many complex and precise settings to perform such movements and nevertheless they remain very vulnerable to random factors. In robotic perception models the situation is similar: casual human tasks as image recognition or scene analysis need complex algorithms and huge computer resources if performed by robots. Biologically-inspired models can improve matters in robotic science. Human movement copying is often used for solving this problem in practice but it does not allow copying considerable aspects of movement controlling in nervous system. Both controlling quality and testing quality for the aforementioned tasks can be essentially improved if the robot uses techniques similar to central motor programs of human. This project helps students to study this important domain. Besides, robotic perception can imitate biological systems more closely. Such biologically-inspired perception models give structure to computer vision systems and allow developing these systems quicker. The cyber-driver project is an example of biologically-inspired educational system. The system proposed consists of android robot that can manipulate levers, wheels and buttons, and mobile robotic platform. Educational robotic platform YARP-3 allows easy modification of constructing arms and grippers encouraging students’ creativity. The software of the robot can automatically perform some of the driver’s tasks (indicators recognition, obstacle avoiding and movement without collisions). The project uses some key features of robotic science, which are interdisciplinarity and competitive spirit, to improve students’ experience. The project’s architecture allows modifications in both mathematical and practical aspects of the result system’s description. Besides that, some extra suggestions about project-based inquiry in robotics are made. 
Цель данной работы – описать учебный проект для школьников старших классов по созданию робота-водителя, позволяющий обучать их программированию, схемотехнике, началам робототехники в процессе решения практически важных и интересных с научной точки зрения задач. При широком разнообразии современных человекоподобных роботов программные средства для них зачастую недостаточно качественны. Некоторые действия, выполняемые животными и людьми просто и без раздумий, например движение по неровной местности или подъем по лестнице, для биоподобных роботов очень сложны, требуют тонких настроек и могут привести к серьёзным авариям при ошибках. Аналогичная ситуация складывается с восприятием роботов: для повседневных задач распознавания образов и анализа сцен требуются сложные алгоритмы и огромные ресурсы. Однако, можно избежать многих проблем, если применить в робототехнике биологически инспирированные модели. Моделирование движений роботов путем копирования движений людей на практике используется часто. Однако, полное воспроизведение роботом работы центральных моторных программ человека может облегчить разработку систем управления и их проверку. Учебный проект позволяет школьникам сделать первые шаги в работе по этому перспективному направлению науки и техники. Кроме того, системы восприятия также могут более полно воспроизводить работу зрительных систем, что позволит лучше структурировать системы компьютерного зрения и облегчит их разработку. В качестве примера применения метода биоподобия учащимся предлагалось создать систему, способную управлять моделью автомобиля. В результате выполнения проекта школьники смогли освоить работу с андроидным роботом, способным манипулировать органами управления транспортными средствами (рычагами, рулевым колесом и кнопками), а также мобильной платформой для этого робота. Разработанная модель учебного робота YARP-3 позволяет легко вносить изменения в конструкцию, поощряяя творчество учащихся. Программное обеспечение позволяет системе самостоятельно выполнять часть задач водителя (распознавание элементов управления автомобилем, распознавание некоторых видов препятствий, движение без столкновений). Проект разработан с учётом специфических для робототехники особенностей: междисциплинарности и соревновательности; он допускает внесение изменений как в математические формулировки поставленных задач, так и в методы реализации программных и аппаратных средств. Кроме того, в работе приводятся некоторые соображения по организации других обучающих робототехнических проектов, способных заинтересовать учащихся техническим творчеством. 
 
Publisher Plekhanov Russian University of Economics
 
Contributor —
—
 
Date 2017-05-06
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
 
Identifier http://openedu.rea.ru/jour/article/view/392
10.21686/1818-4243-2017-2-4-13
 
Source Open Education; № 2 (2017); 4-13
Открытое образование; № 2 (2017); 4-13
2079-5939
1818-4243
10.21686/1818-4243-2017-2
 
Language rus
 
Relation http://openedu.rea.ru/jour/article/view/392/316
Давыдова-Мартынова Е.И., Зюзюкова М.О. Возможности современной школы: проектно-исследовательская деятельность как средство формирования ключевых компетенций. Открытое образование. 2016; (5): 61–67. DOI:10.21686/1818-4243-2016-5-61-67
Thom Markham. Project Based Learning Design and Coaching Guide: Expert Tools for Innovation and Inquiry for K-12 Educators. HeartIQ Press, San Rafael, California, 2012.
Rolf Pfeifer, Max Lungarella, Fumiya Iida. The Challenges Ahead for Bio-inspired ‘Soft’ Robotics // Communications of the ACM, November 2012, vol. 55, no. 11. DOI:10.1145/2366316.2366335
Juan Rosenzweig, Michael Bartl. A Review and Analysis of Literature on Autonomous Driving. The Making of innovation, e-journal, October 2015 // Электронный ресурс: http://www.michaelbartl. com/co-creation/wp-content/uploads/Lit-ReviewAD_MoI.pdf
Faieza A.A., Johari R.T., Anuar A.M., Rahman M.H.A., Johar A. Review on Issues Related to Material Handling using Automated Guided Vehicle. Advanced Robot Automation 5: 140.2006. DOI: 10.4172/2168-9695.1000140
Todd Litman. Autonomous Vehicle Implementation Predictions.Implications for Transport Planning. Victoria Transport Policy Institute, 27 February 2017 // Электронный ресурс: www.vtpi.org/ avip.pdf
REEM-C: робототехнические исследования // Электронный ресурс: http://pal-robotics. com/ru/products/reem-c/
Romeo robot development // Электронный ресурс: http://projetromeo.com/en/development
Evan Ackerman and Erico Guizzo. DARPA Robotics Challenge: Amazing Moments, Lessons Learned, and What’s Next. IEEE Spectrum, June 11, 2015. // Электронный ресурс: http://spectrum.ieee. org/automaton/robotics/humanoids/darpa-roboticschallenge-amazing-moments-lessons-learned-whatsnext
C. G. Atkeson, B.P.W. Babu, N. Banerjee et al. No falls, no resets: Reliable humanoid behavior in the DARPA robotics challenge. // IEEE-RAS 15th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids), 2015. DOI: 10.1109/HUMANOIDS.2015.7363436
Christian Smith, Henrik I. Christensen. Robot Manipulators.Constructing a High-Performance Robot from Commercially Available Parts. // IEEE robotics & automation magazine, vol. 16, no 4, 2009. pp. 75–83 DOI: 10.1109/MRA.2009.934825
J.J. Craig. Introduction to Robotics: Mechanics and Control (3rd Edition). Pearson/Prentice Hall, 2005. ISBN-13: 978-0201543612
Andreas Aristidou, Joan Lasenby. Inverse Kinematics: a review of existing techniques and introduction of a new fast iterative solver // Электронный ресурс: http://www.andreasaristidou. com/publications/CUEDF-INFENG,%20TR-632. pdf
Yuquan Wang, Christian Smith, Yiannis Karayiannidis, and Petter Ögren. Whole Body Control of a Dual-Arm Mobile Robot Using a Virtual Kinematic Chain // International Journal of Humanoid Robotics, vol. 13, no. 01, 2016.
M.Wall, A.Rechtsteiner, L.Rocha. Singular value decomposition and principal component analysis // in book: A Practical Approach to Microarray Data Analysis (D.P. Berrar, W. Dubitzky, M. Granzow, eds.). Kluwer: Norwell, MA, 2003. Pp. 91–109.
Физиология человека: Учебник для вузов физ. культуры и факультетов физ. воспитания педагогических вузов / Под общ.ред. В.И. Тхоревского. – М.: Физкультура, образование и наука, 2001.
Linda G. Shapiro and George C. Stockman. Computer Vision, Upper Saddle River: Prentice– Hall, 2001.
Ömer Faruk Ertuğrul. Adaptive texture energy measure method. International Journal of Intelligent Information System, 2014, no 3(2), pp. 13–18.
Herault Jeanny. Vision: Images, Signals and Neural Networks-Models of Neural Processing in Visual Perception. WorldScientific, 2010.
Марр Д. Зрение: Информационный подход к изучению представления и обработки зрительных образов. – М., «Радио и связь», 1987.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).